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  • 1 # 科學船塢

    人類航天在5年、50年、500年所需要解決的問題有哪些?

    5年太短暫,50年有所期望,500年則無法想象,人類航天已60餘年,發射的探測器也已經抵達太陽系邊疆,取得的成就震撼人心,讓人類原本自大的心理變得謙虛,外面的空間比地球上廣袤得多。

    航天5年內解決的問題,無非是提高火箭的安全性以及可靠性,盡最大可能保證每次發射的成功率,降低發射成本。

    不同的任務所需要的火箭不同,因此每次發射的費用也不同,歐洲的阿麗亞娜5型火箭(Ariane 5)每次發射的費用在1.65億美元左右,美國現役主要的運載火箭德爾塔4(中型)每次發射費用在1.64億美元左右,重型德爾塔4運載火箭每次發射費用高達3.5億美元,如何降低發射成本,並且還可以保證穩定性、安全性、可靠性,才是近5年亟需解決的問題。

    長遠來看50年呢?

    50年,半個世紀,說快也快,說慢也很慢,50年足夠舊貌換新顏了,那時候的人類航天會有何種改變呢?

    按照人類社會的發展模式,未來肯定會出現太空經濟,既然有太空經濟,那就少不了太空運輸,既然有太空運輸,那就少不了太空運輸機,聽起來非常的科幻,但卻是未來必須要有的東西。

    想想看,太空工廠、開採小行星、太空採礦、太空製造、太空旅遊、太空電站、星球基地,哪一個都需要運輸機來回運輸。

    什麼樣的推進技術才能承擔這一重任呢,核聚變、反物質都太科幻了,短期內無法實現,現代火箭都是使用化學燃料,主流液氫液氧或液氧煤油,這兩種推進劑各有千秋,可組合在一款火箭中使用,比如歷史上的“巨無霸”火箭土星五號,其一級發動機用液氧煤油乾重活,之後的二三級發動機用液氫液氧“幹快活”,這是因為液氫液氧比衝大,快速將載荷送入預定軌道。

    液氫液氧發動機製造難度最高,且燃料體積大,不易儲存,乾重活不如液氧煤油發動機,且液氧煤油發動機設計製造難度比它低,所以超重型運載火箭一般選擇液氧煤油作為一級主力發動機,用來作為起飛時乾重活。2019年初,中國500噸級液氧煤油發動機燃氣發生器-渦輪泵聯動試驗取得成功,該型發動機未來將用於長征九號重型運載火箭上,擔負起未來載人登月以及深空探測等艱鉅任務。

    現如今的液氧甲烷推進已處在技術驗證階段,這種燃料組合方式有很大的優點,比衝比液氫液氧低,但比液氧煤油大,燃料佔體積比液氫液氧低很多,且燃料在火箭中的儲存難度比液氫低很多,液氧甲烷發動機可以迴圈使用,不產生結焦積碳,只要發動機不毀壞,就可以迴圈使用下去,符合現如今降低火箭發射成本的主流思想。更為主要的一點是,液氧甲烷發動機設計難度不高,可以沿用液氧煤油發動機那一套成熟的體系,安全可靠。

    我想50年內,需要解決的問題就是如何讓液氫液氧、液氧煤油發動機更為完善可靠,讓液氧甲烷發動機發展起來。

    至於500年,那時候已經是2520年了。

    那時候的人類航天需要解決什麼問題,已經是不可預測的了,那時候可能這些常規推進方式已經不需要了,取而代之的則可能是這些:光推進、電推進、核推進等等。而像我前文提到的太空工廠、開採小行星、太空採礦、太空製造、太空旅遊、太空電站、星球基地等都或許會真的存在了,太空經濟時代就真正到來了,那時候太空間的運輸比地面上還要頻繁,航天器也可能就如同下面這幅圖一樣了,顯得很科幻,一定要說500年後人類航天面臨的問題的話,我想就應該是如何造出能夠飛往另一恆星系的星際飛船了吧,這已經無法想象當時的科技了,你們的看法呢?

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